[发明专利]具有减小的寄生引发的误差的传感器装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及传感器。更具体来讲，本发明涉及具有减小的寄 生引发的误差的传感器装置。

背景技术

近年来，微机电系统(MEMS)技术已实现了广泛的普及，因为 它提供了一种方式来制成非常小的机械结构并且利用传统的批量半导 体加工技术将这些结构与电子装置集成在单个衬底上。MEMS的一种 常规应用是设计和制造传感器装置。传感器装置的机电部分具有感测 能力，而电子部分处理通过机电部分得到的信息。MEMS传感器的一 个示例是MEMS陀螺仪传感器。

替选地被称作“陀螺仪”、“陀螺测试仪”、“角速率传感器” 或“偏航率传感器”，陀螺仪传感器感测绕一个或多个轴的角速率。 一种类型的MEMS陀螺仪传感器使用振荡元件，通过检测科里奥利 (Coriolis)力或加速度来感测角速率。使振荡元件沿着与衬底平行的 X轴(驱动平面)进行振荡运动。一旦振荡元件开始运动，它就能够 检测由于衬底绕Z轴旋转而引发的角速率。科里奥利力加速度出现在Y 轴(感测平面)，该Y轴同时垂直于X轴和Z轴。科里奥利力加速度 产生运动，这种运动的幅度与衬底的角旋转速率成比例。

在电路中，寄生电容是不可避免的并且通常是不期望的电容，部 分地由于电子元件或电路的每个部件相互毗邻而导致在其部分之间存 在寄生电容。另外，诸如电感器、二极管和晶体管之类的所有实际电 路元件具有内部寄生电容，这会导致它们的表现不及“理想”电路元 件的表现。在靠得很近的导体之间，如在布线或印刷电路板迹线之间， 也可能存在寄生电容。寄生电容可以是MEMS传感器或相关封装和结 合布置中所固有的，使得不仅对于不同传感器实现方式，寄生电容值 可以不同，而且对于生产过程中的每个单元，寄生电容值也可以不同。

MEMS陀螺仪传感器在装置的驱动节点和感测节点之间具有寄生 电容，这在与传感器位置对应的信号中产生误差。驱动节点和感测节 点之间的寄生电容特别麻烦，这是因为该寄生电容所产生的电流与所 需的传感器位置信号正交。因此，在感测节点确定的信号中产生了误 差，以致振荡元件的位置确定出现了误差。

一些方法涉及通过将开关与每个电容器串联而直接并联地组合电 容器，以生成具有可变电容的一端口电容网络。不幸的是，由于开关 存在的固有的寄生电容，并且MEMS传感器实现中的电容器的最小物 理尺寸，因此开关元件的最小电容不能达到零。此外，在这种一端口 电容网络中，随着开关电容器的数量增加，可实现的最小电容会增加。 在寄生电容值可以在大约二分之一毫微微法拉至五十毫微微法拉的范 围内的一些MEMS陀螺仪传感器中，非常不期望对于电容器的最小物 理尺寸存在限制，以及可实现的最小电容随着开关元件数量增加而增 加。

附图说明

通过参照结合附图考虑的具体实施方式和权利要求书，可以取得 对本发明更完全的理解，其中，在所有附图中，类似附图标记表示类 似项，并且：

图1示出例示存在寄生电容的微机电系统(MEMS)传感器的示 意图；

图2示出例示由于寄生电容导致在图1的MEMS传感器中引入由 寄生引发的误差的波形图；

图3示出示例性MEMS传感器的透视图；

图4示出根据本发明的实施例的为了减小由寄生引发的误差而在 其内实现具有两端口电容网络的图3的MEMS传感器的示意图；

图5示出例示通过在MEMS传感器中实现两端口电容网络而导致 误差减小的波形图；

图6示出根据本发明的另一个实施例的两端口电容网络；

图7示出在两端口电容网络中实现的多个电容电路中的一个的电 路模块；

图8示出与图7的电路模块对应的图，其提供了用于确定两端口 电容网络中的每个电容电路可实现的有效电容Ceff的等式；和

图9示出电容电路内的多个电容器的示例性电容值和所得的有效 网络电容的表格。

具体实施方式